高速公路挂蓝验算.doc

主桥（54+100+54）m菱形挂蓝空间模型分析二0一一年十月目录1 工程概述和计算依据11.1工程概述11.2基本资料11.3计算参数21.4计算模型21.5挂篮主要技术参数31.6挂篮设计基本参数32、荷载计算42.1底篮纵梁计算42.2 腹板纵梁92.3导梁、滑梁计算132.3.1外滑梁132.3.2外导梁152.3.3内滑梁计算172.4前下横梁计算192.5后下横梁验算222.6前上横梁验算252.7 底篮平台变形282.7挂篮主桁及前上横梁竖向变形312.8.1 挂篮主桁内力353挂篮主构件强度、稳定性分析383.1浇筑时主桁抗倾覆计算394 吊杆验算404.1横梁吊杆验算404.2滑梁吊杆验算425锚固系统验算446挂篮行走验算446.1挂篮行走受力分析446.2后下横梁456.3外滑梁476.4行走吊杆486.5反扣轮486.5.1 反扣轮轴抗弯强度计算486.5.2 反扣轮压轨道局部强度计算496.6行走主桁抗倾覆计算507、结论51受力分析1 工程概述和计算依据1.1工程概述主桥上部采用（54+100+54）m预应力混凝土连续箱梁。箱梁断面为单箱单室直腹板断面。箱梁顶宽10m，底宽6m，翼缘板宽2.0m，根部梁高6.0m，腹板厚50cm 65cm，底板厚度为80cm32cm，悬浇段顶板厚度28cm。箱梁0#块在托(支)架上施工，梁段总长12m，边、中合拢段长为2m；挂篮悬臂浇筑箱梁1#3#块段长3.0m， 4#8#块段长3.5m，9#12#块段长4.0m，箱梁悬臂浇注采用菱形挂篮进行施工。1.2基本资料大桥施工图设计 主要规范标准钢结构设计规范 (GB50017-2003)公路桥涵施工技术规范 (JTJ041-2000)公路桥涵钢结构及木结构设计规范 (JTJ025-86)计算说明 根据设计图纸，对挂篮的主要构造进行了空间建模，采用通用有限元分析程序MIDAS进行空间分析。 计算中对传力作了如下的假定：（1）箱梁翼缘板砼及侧模重量通过外导梁、外滑梁分别传至前一节段已施工完的箱梁翼板和挂篮主桁的前上横梁承担。（2）箱梁顶板砼、内模支架、内模重量通过内滑梁分别由前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前上横梁承担。（3）箱梁底板、腹板砼及底篮平台重量分别由前一节段已施工完的箱梁和挂篮主桁的前上横梁承担。平联桁架1.3计算参数钢材弹性模量：E=2.06e5 MPa密度：=7850 Kg/m3泊松比：=0.3 线膨胀系数：=0.000012钢材按容许应力取值，临时结构提高30%1.4计算模型挂篮结构计算模型见下图，包括主桁架、立柱间横向连接系、前上横梁、底篮、导梁等所有的承重系统。菱形挂篮结构计算空间模型1.5挂篮主要技术参数悬臂浇注箱梁梁段最大重量：118.0t悬臂浇注箱梁梁段最大分段长度：4.0m1.6挂篮设计基本参数（1）梁段混凝土重量：2.65t/m3（2）人群及机具荷载取2.5 KPa。（3）超载系数取1.05；（4）新浇砼动力系数取1.2；（5）挂篮行走时的冲击系数取1.2；（6）抗倾覆稳定系数2.0；（7）荷载组合：砼重+挂篮自重+施工、人群机具+动力附加系数 (强度计算)砼重+挂篮自重 (刚度计算)挂篮自重+冲击附加系数(行走稳定性)（8）计算工况：根据梁段长度、重量、梁高等参数，设计时按以下两种工况进行计算。工况一：1号梁段混凝土灌注完成工况。此工况梁段高度最大、混凝土重量最大。工况二：4号梁段混凝土灌注完成工况。此工况梁段长度较大、混凝土重量较大。工况三：8号梁段混凝土灌注完成工况。此工况梁段长度最大、混凝土重量较大。工况四：7号梁段完成，挂篮由7号至8号梁段走行工况。此工况挂篮走行距离较长，控制挂篮走行状态抗倾覆稳定及外模、底模走行梁走行状态的强度和刚度。2、荷载计算2.1底篮纵梁计算底板纵梁（箱梁两腹板中间段截面）受力分析1#块高侧一根底板纵梁(间距0.8m)荷载分析表（按简支梁计算）1#块低侧一根底板纵梁(间距0.8m)荷载分析表（按简支梁计算）4#块高侧一根底板纵梁(间距0.8m)荷载分析表（按简支梁计算）4#块低侧一根底板纵梁(间距0.8m)荷载分析表（按简支梁计算）8#块高侧一根底板纵梁(间距0.8m)荷载分析表（按简支梁计算）8#块低侧一根底板纵梁(间距0.8m)荷载分析表（按简支梁计算）1#块底板纵梁应力4#块底板纵梁应力8#块底板纵梁应力由计算模型可知：底纵梁受最大弯矩、最大剪力均在1#块，最大弯应力为：89.98 MPa1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，满足强度要求。最大剪应力为：18.2 Mpa85Mpa(容许抗剪)，满足强度要求。2.2 腹板纵梁腹板纵梁(箱梁腹板下方)受力分析：1#块高侧腹板纵梁荷载分析表（按简支梁计算）1#块低侧腹板纵梁荷载分析表（按简支梁计算）4#块高侧腹板纵梁荷载分析表（按简支梁计算）4#块低侧腹板纵梁荷载分析表（按简支梁计算）8#块高侧腹板纵梁荷载分析表（按简支梁计算）8#块低侧腹板纵梁荷载分析表（按简支梁计算）1#块腹板纵梁应力4#块腹板纵梁应力8#块腹板纵梁应力由计算模型可知：腹板底纵梁受最大弯矩、最大剪力均在1#块，最大弯应力为：115.9 MPa1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，满足强度要求。最大剪应力为：26.6 Mpa85Mpa(容许抗剪)，满足强度要求。2.3导梁、滑梁计算2.3.1外滑梁外滑梁计算1#、4#、8#块外滑梁荷载分析表(一根外滑梁232a槽钢)8#长度为4.0m,滑梁受力最大，8#块外滑梁应力最大弯应力为：124.8 MPa1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，强度满足要求。最大剪力为：17.2 Mpa85Mpa(容许抗剪)，强度满足要求。8#块外滑梁变形值最大挠度为(15.6-12.2)mm=3.4mm5300/400=13.25mm,刚度满足要求。2.3.2外导梁1#、4#、8#块外导梁荷载分析表(一根外导梁228槽钢)(按简支计算) 8#长度为4.0m,导梁受力最大，8#块外导梁应力最大弯应力为：71.1MPa1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，强度满足要求。最大剪力为：8.7Mpa85Mpa(容许抗剪)，强度满足要求。8#块外导梁变形值最大挠度为(10.5-0.1)mm=9.4mm5300/400=13.25mm,刚度满足要求。2.3.3内滑梁计算1#、4#、8#块内滑梁荷载分析表(一根内滑梁232a槽钢)8#长度为4.0m,滑梁梁受力最大，8#块内滑梁应力8#块内滑梁变形值最大挠度为(17.7-14.1)mm=3.6mm5300/400=13.25mm,刚度满足要求。2.4前下横梁计算1#块前下横梁应力4#块前下横梁应力8#块前下横梁应力前下横梁受最大弯应力、最大剪应力在4#块，最大弯应力为：36.6MPa1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，强度满足要求。最大剪力为：24.5Mpa85Mpa(容许抗剪)，强度满足要求。2.5后下横梁验算1#块后下横梁应力4#块后下横梁应力8#块后下横梁应力由计算模型可知：后下横梁受最大弯矩、最大剪力均在1#块，最大弯应力为：42.8MPa1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，强度满足要求。最大剪力为：32.8Mpa85Mpa(容许抗剪)，强度满足要求。2.6前上横梁验算1#块前上横梁应力4#块前上横梁应力8#块前上横梁应力由计算模型可知：最大弯应力为：78.4MPa1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，强度满足要求。最大剪力为：36.7Mpa85Mpa(容许抗剪)，强度满足要求。2.7 底篮平台变形1#底模平台变形值4#底模平台变形值8#底模平台变形值根据计算模型，1#块浇筑后底模平台变形最大，为7.8mm,满足变形要求。2.7挂篮主桁及前上横梁竖向变形主桁在施工条件下最大竖向位移图1#块主桁变形图1#块前上横梁变形图4#块主桁变形图4#块前上横梁变形图8#块主桁变形图8#块前上横梁变形图由计算模型，可知1#、4#、8#主桁架前支点竖向变形均小于20mm,满足变形要求。2.8.1 挂篮主桁内力挂篮主桁施工荷载组合条件下内力(销结) 块段杆件编号杆件名称杆件长度（mm）轴力（KN）1#块A1下平杆3970-444.5A2立柱3800-408.6A3后拉杆4461589.7A4前拉杆6000445.5A5前斜杆5350-536.94#块A1下平杆3970-615.7A2立柱3800-557.8A3后拉杆4461816.3A4前拉杆6000617.2A5前斜杆5350-743.38#块A1下平杆3970-648.8A2立柱3800-586.5A3后拉杆4461859.8A4前拉杆6000650.2A5前斜杆5350-783.01#块主桁杆件轴力图4#块主桁杆件轴力图8#块主桁杆件轴力图1#块单片主桁后锚最大反力：479.6KN、前支点反力：876.4KN4#块单片主桁后锚最大反力：540.0KN、前支点反力：983.0KN8#块单片主桁后锚最大反力：569.0KN、前支点反力：1034.2KN3挂篮主构件强度、稳定性分析主桁截面特性：Ix=2*0.00007598m4 Iy=2*0.00000305+0.00015858m4 A=2*0.00487m2 ix=0.125m iy=0.13m Wx=2*0.000475m3 根据计算模型，4#块主桁架杆件内力最大。A、 A5杆件受力：轴压力743.3KN；压杆长5.941m主桁A5杆件稳定性:1)轴向压应力 =743.3/0.00487/2=76.3Mpa1402)压杆稳定性弯矩平面内稳定性:杆细长比构件在弯作用上的细长比：rx =0.125m =L/ ix =5.941/0.125=47.5 缀板间距按80cm考虑，则单肢对其1-1轴的长细比为：1=80/2.5=32则换算长细比为：=(y2+12)1/2=57.3 弯曲系数1=0.823稳定性验算：N/A=76.3Mpa2，满足规范要求。4 吊杆验算4.1横梁吊杆验算1#块底篮吊杆轴力(KN)4#块底篮吊杆轴力(KN)8#块底篮吊杆轴力(KN)由计算可得底篮吊杆的最大拉力为257.76KN：底篮吊杆采用直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢筋， A=804.2mm2 N/A =257.76/804.2=320.5MPaf/2=392.5Mpa， 满足2倍安全系数4.2滑梁吊杆验算1#块滑梁吊杆轴力(KN)4#块滑梁吊杆轴力(KN)8#块滑梁吊杆轴力(KN)由计算可得外导梁、内外滑梁吊杆的最大拉力为94.97KN：吊杆采用直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢筋，A=804.2mm2 N/A =94.97/804.2=118.1MPaf/2=392.5MPa故吊杆满足规范2倍安全系数的要求。5锚固系统验算从计算结果可以得到，一个后锚点的最大锚固力为569.0KN，采用4根直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢筋。A=804.2mm24=3216.8mm2N/A =569.0/3216.8=177MPaf/2=392.5MPa故后锚钢筋满足规范2倍安全系数的要求6挂篮行走验算6.1挂篮行走受力分析挂篮行走时,前端还是通过前吊杆、滑梁吊杆把底篮、翼板模板及顶板模板吊在前上横梁上；后端通过外滑梁吊住后下横梁（底篮），翼板、顶板模板后端吊要己浇筑完的箱梁。行走时后下横梁变换成了一根简支梁、跨径11.0m。内外滑梁为一简支梁，随挂篮的行走跨径在不断变化(最大为10.30m)。内滑梁支承顶板、外滑梁支承侧模。行走应力图6.2后下横梁后下横梁应力最大弯应力为：32.5MPa1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，强度满足要求。最大剪力为：4.9885Mpa(容许抗剪)，强度满足要求。6.3外滑梁外滑梁应力最大弯应力为：157.1MPa1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，强度满足要求。最大剪力为：10.185Mpa(容许抗剪)，强度满足要求。6.4行走吊杆行走后吊杆受力最大拉力:39.8KN一根精轧钢满足要求。6.5反扣轮6.5.1 反扣轮轴抗弯强度计算行走主桁架受力单片主桁行走受力:后锚反扣轮147.7KN ，前支座323.0KN，反扣轮轴直径为60mm，材质为45#钢调质，受力模型为短悬臂梁， 16*147700/（3*3.14*60*60）/4 =17.4MPa 162.5MPa 满足要求。抗弯强度计算：M=P.a=147.7*0.05/4=1.85kN .m=1850000/21195=87.3MPa360MPa (容许抗弯)反扣轮吊带销轴采用贝雷销，材质为30CrMnTi,容许抗剪力为844kN（单剪），远大于反扣轮受力147.7/2=73.85kN，吊带主销轴为直径80mm的调质钢，这里不再验算。6.5.2 反扣轮压轨道局部强度计算行走轨道为H300*180*200*12*24*16焊接H型钢，受压翼缘板为24mm钢板，单只反扣轮集中轮压P=147.7/4=36.9KN。垂直荷载下翼缘引起的最大弯曲应力z=y1IxPL4=150mm194060454mm436.9KN60cm4=4.3MPa反扣轮在腹板